CN111699308A - 内燃发动机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种内燃发动机(1)，包括汽缸(4)，该汽缸(4)具有在该汽缸(4)中穿行的活塞(2)，该活塞(2)通过活塞杆(3)联接到曲轴(10)，其中该活塞杆(3)包括：第一毂(5)，其位于活塞杆(3)的头部(30)中，用于与曲轴(10)联接；第二毂(6)，其位于活塞杆(3)的足部(31)中，当曲轴(10)处于上位置或者下位置时，在汽缸的纵向方向(40)上，第二毂(6)大致对准于或者平行于第一毂(5)；以及第三毂(7)中，其位于活塞杆(3)的足部(31)中，在曲轴(10)的旋转方向上，该第三毂(7)相对于第二毂(6)朝向前方侧向地偏离；活塞(2)与第三毂(7)联接，活塞(2)包括引导件(9)，引导件(9)与第二毂(6)联接，用于活塞杆(3)的穿行，并且活塞(2)经由连杆(8)与第三毂(7)联接。

Description

内燃发动机

技术领域

本发明涉及内燃发动机，该内燃发动机具有比现有内燃发动机更大的输出。

背景技术

内燃发动机包括位于发动机机体内的一个或多个中空的汽缸，在每一个汽缸内，活塞以往复线性运动的方式穿行，并且根据燃料和/或发动机循环的类型，活塞在上止点(Top Dead Centre，TDC)和下止点(Bottom Dead Centre，BDC)之间穿行。其中活塞由空气和燃料的混合物的燃烧来驱动，该燃烧与活塞接近到达上止点的时间点同步。只要是汽缸的上端是封闭的，这将构造封闭的燃烧室，其中膨胀波将活塞朝向汽缸的外部推动；活塞杆的足部与所述活塞通过螺栓联接，位于活塞杆的相对端的头部联接至曲轴，由此获得了在所述曲轴的轴体上的发动机扭矩。

如前文所述，目的在于将燃烧与活塞到达汽缸内的上止点的时间点同步，因为在那个时刻混合物的燃烧是最好的、燃烧室的尺寸是最小的，并且从膨胀波获得的输出是最大的。此外，该构造的缺点在于，在上止点，活塞杆布置为垂直于曲轴的轴线，有效推力来源于曲轴的、已经具有的运动的惯性以及由活塞驱动的活塞杆的推力。因此，如果曲轴没有处于运动中，这将会使活塞杆弯曲或者断裂，因为活塞杆的推力会垂直于曲轴的轴线施加。该构造还意味着，由于在上止点(燃烧***性最强的时刻所处的位置)活塞杆的相对于曲轴的轴线的垂直特性，由活塞杆施加到曲轴的扭矩是低效的。

为了最大程度地减少这种负面效果，旨在最大程度地提高混合物功率的发动机制造商尝试使***发生在TDC附近，以寻求一种折中方案，其中由于混合物没有在TDC发生***的事实而降低的效率由因为活塞杆具有更有利的位置而增加的施加至曲轴的扭矩来补偿。但是总会因这样或那样的原因而存在损失。

进一步地，为了在整个往复运动中将活塞维持在大致垂直的位置，设置有活塞裙，活塞裙的高度通常与活塞裙的直径相同或者大于活塞裙的直径。所述活塞裙增加了发动机的重量和发动机的惯性，并且由于所述活塞裙的下边缘相对于将活塞联接到活塞杆的螺栓的距离，往复运动会导致所述活塞裙的下边缘以一定的扭矩或者力矩摩擦汽缸的内壁，由此所述活塞裙增加了汽缸的非正常磨损。

发明内容

本发明的内燃发动机具有解决了上述缺点的构造，由此获得了更大的输出。

本发明的发动机是这样的类型，即包括至少一个中空汽缸，在该中空汽缸内，活塞以线性往复运动的方式穿行，活塞通过活塞杆联接到曲轴，其中活塞杆包括：

第一毂，其布置在活塞杆的头部中，用于与曲轴联接；

第二毂，其布置在活塞杆的足部中，当曲轴处于上位置或者下位置时，在汽缸的纵向方向上，该第二毂大致对准于或者大致平行于第一毂；以及

第三毂，其也布置在活塞杆的足部中，在曲轴的前进方向上，该第三毂相对于第二毂朝向前方侧向地偏离；

该活塞与该第三毂联接，以在活塞杆在曲轴的旋转方向上前进时到达上止点TDC(换句话说，在投影中，活塞杆的头部已经从汽缸的轴线移到曲轴的轴线的前方)；

该活塞包括引导件，该引导件与第二毂联接，用于引导活塞杆在汽缸中的穿行；并且

该活塞经由连杆与第三毂联接，以使得在往复运动期间活塞和引导件之间存在间隙。

通过这样的方式，当活塞杆的头部不再垂直于曲轴的轴线，而是在投影中相对于曲轴的轴线前进一定角度时，到达活塞的上止点，这在处于所述上止点处的燃烧的时刻，在曲轴的轴体上产生了更大的扭矩，从而利用更高的热力学动力。进一步地，在所开发的原型中发现了以下优点：

降低活塞重量；

通过增加输出而降低了燃料消耗；

降低达到相同的曲轴的轴体的动力所需的发动机排量。

此外，所进行的测试出乎意料地发现CO和CO2的排放量显著降低，超出了基于通过增加输出来降低燃料消耗所预期的水平，这肯定是由于在发生在最佳时刻(TDC)燃烧中达到了更高的温度，燃烧得到了明显地改善，这可能会降低当前车辆在尾气过滤方面的要求(这通常需要实施后燃烧阀、过滤器、催化剂或添加剂)，或者至少提高发动机的生态效率。

必须提到的是，本发明的发动机的构造对于任何类型的发动机(柴油或汽油)都是有效的。

附图说明

图1示出了本发明的发动机的汽缸的活塞杆的透视图。

图2示出了本发明的发动机的汽缸的活塞的透视图。

图3示出了本发明的发动机的汽缸的连杆的透视图。

图4示出了本发明的发动机的汽缸的引导件以及附加的螺栓的透视图，该引导件通过该附加的螺栓紧固到第二毂。

图5至图9示出了安装好的本发明的发动机汽缸处于其工作循环的不同位置的横截面；具体地，图5示出了这样的位置，其中曲轴处于最高位置，但是活塞还没有到达上止点；图6示出了对应于下止点的位置，其中曲轴前进，由此在位于上止点的燃烧发生的时刻，活塞杆的头部相对于曲轴的轴线前进；以及图8示出了通过下止点的活塞。为了简化附图的目的，所述附图没有示出阀或火花塞。

具体实施方式

本发明的内燃发动机(1)(参见图5至图9)是这样的类型，即包括至少一个中空汽缸(4)，活塞(2)以线性往复运动的方式在该中空汽缸(4)中穿行(也参见图2)，该活塞(2)通过活塞杆(3)(也参见图1)联接到曲轴(10)，其中根据本发明，活塞杆(3)包括(参见图1)：

第一毂(5)，其布置在活塞杆(3)的头部(30)中，用于与曲轴(10)联接；

第二毂(6)，其布置在活塞杆(3)的足部(31)中，当曲轴(10)处于上位置或者下位置(分别参见图5和图8)时，在汽缸(4)的纵向方向(40)上，该第二毂(6)大致对准于或者平行于第一毂(5)；以及

第三毂(7)，其也布置在活塞杆(3)的足部(31)中，在曲轴(10)的前进方向上，该第三毂(7)相对于第二毂(6)朝向前方侧向地偏离；

该活塞(2)与该第三毂(7)联接，以在活塞杆(3)在曲轴(10)的旋转方向上前进时到达上止点(TDC)，如图6所示，其中高度B小于高度A，高度A是曲轴处于上位置(参见图5)时活塞(2)达到的高度，高度A也是活塞(2)再次向下移动时达到的高度，参见图7；

该活塞(2)包括引导件(9)(也参见图4)，引导件(9)与第二毂(6)联接，用于引导活塞杆(3)在汽缸(4)中的穿行；并且

该活塞(2)经由连杆(8)(也参见图3)与第三毂(7)联接，以使得在往复运动期间活塞(2)和引导件(9)之间存在间隙。

更优选地，连杆(8)为分叉的形状，通过对应的螺栓(20)，连杆(8)的侧分支(80)联接到活塞杆(3)的第三毂(7)，连杆(8)的中枢分支(81)与活塞(2)联接，因为以这种方式，活塞杆(8)可以继续具有基本平坦的构造，且活塞(2)可以具有其传统形状，由此虽然具有较短的裙(22)，但还是能够通过螺栓(20)实现活塞杆(8)和活塞(2)的联接。

接着，引导件(9)理想地包括主体，该主体具有基本冠状的形状，以使得活塞杆(3)能够穿过主体的内部，并且还使得活塞杆(3)能够围绕汽缸(4)的壁，主体具有至少两个曲面(90)(参见图4)，至少两个曲面(90)与汽缸(4)的壁接触(如图所示，至少两个曲面(90)与汽缸(4)的壁随后将彼此面对)，主体包括用于通过额外的螺栓(20a)与第二毂(6)联接的第四毂(91)。该具有两个曲面(90)的构造在保持引导件的同时，尽可能地最小化了与汽缸(4)的接触表面。

为了实现与汽缸(4)的壁接触的曲面(90)的良好的润滑，本发明设想引导件(9)优选地包括加油器(92)，以向所述曲面(90)供应油。理想地，这些加油器(92)通过管道(34)供给，该管道(34)设置为穿过活塞杆(3)的内部，加压油流过该管道(43)，并在第二毂(6)处流出，所述加油器(92)具有通向第二毂(6)的入口，在这种情况下，额外的螺栓(20a)包括内部管道(23)，该内部管道(23)具有面向管道(34)和加油器(92)的入口(24)，以将油引导至管道(34)和加油器(92)。

为了优化运行，当活塞(2)处于上止点时，活塞杆的前进具有最有利的角度，第三毂(7)必须布置(参见图1)在相对于垂直于假想线(12)地穿过第二毂(6)的中心的方向(11)成+60度到-60度的区域中，该假想线(12)连接活塞杆(3)的头部(30)的第一毂(5)的中心和活塞杆(3)的足部(31)的第二毂(6)的中心。当所述区域被包括在+45度和-45度之间时，可获得最好的结果。

最后，必须提到的是，理想地，活塞杆(3)的头部(30)包括可拆卸的区段(33)，以便能够将活塞杆(3)可拆卸地固定至曲轴(10)。

已经充分描述了本发明的性质，除了在实践中应用本发明的方式之外，在此必须指出，在不改变本发明的基本原理的条件下，附图中指示和表示的前述布置易于在细节上进行修改。

Claims (8)

1.一种内燃发动机(1)，包括至少一个中空汽缸(4)，在所述中空汽缸(4)内，活塞(2)以线性往复运动的方式穿行，所述活塞(2)通过活塞杆(3)联接到曲轴(10)，其特征在于，所述活塞杆(3)包括：

第一毂(5)，其布置在所述活塞杆(3)的头部(30)中，用于与所述曲轴(10)联接；

第二毂(6)，其布置在所述活塞杆(3)的足部(31)中，当所述曲轴(10)处于上位置或者下位置时，在所述汽缸的纵向方向(40)上，所述第二毂(6)大致对准于或者平行于所述第一毂(5)；以及

第三毂(7)，其也布置在所述活塞杆(3)的所述足部(31)中，在所述曲轴(10)的旋转方向上，所述第三毂(7)相对于所述第二毂(6)朝向前方侧向地偏离；

所述活塞(2)与所述第三毂(7)联接，以在所述活塞杆(3)在所述曲轴(10)的前进方向上前进时到达上止点TDC，

所述活塞(2)包括引导件(9)，所述引导件(9)与所述第二毂(6)联接，用于引导所述活塞杆(3)在所述汽缸(4)中的穿行，并且

所述活塞(2)经由连杆(8)与所述第三毂(7)联接，以使得在所述往复运动期间所述活塞(2)和所述引导件(9)之间存在间隙。

2.根据权利要求1所述的内燃发动机(1)，其特征在于，所述连杆(8)为分叉的形状，通过对应的螺栓(20)，所述连杆(8)的侧分支(80)联接所述到活塞杆(3)的所述第三毂(7)，所述连杆(8)的中枢分支(81)与所述活塞(2)联接。

3.根据前述权利要求中任一项所述的内燃发动机(1)，其特征在于，所述引导件(9)包括主体，所述主体具有基本冠状的形状，以使得所述活塞杆(3)能够从其中穿过，所述主体具有至少两个曲面(90)，所述至少两个曲面(90)与所述汽缸(4)的壁接触，所述主体包括用于通过额外的螺栓(20a)与所述第二毂(6)联接的第四毂(91)。

4.根据前述权利要求中任一项所述的内燃发动机(1)，其特征在于，所述引导件(9)包括加油器(92)，以向所述曲面(90)供应油。

5.根据权利要求4所述的内燃发动机(1)，其特征在于，所述加油器(92)通过管道(34)供给，所述管道(34)设置为穿过所述活塞杆(3)的内部，加压油流过所述管道(34)，并在所述第二毂(6)处流出，所述加油器(92)具有通向所述第二毂(6)的入口，所述额外的螺栓(20a)包括内部管道(23)，所述内部管道(23)具有面向所述管道(34)和所述加油器(92)的入口(24)，以将油引导至所述管道(34)和所述加油器(92)。

6.根据前述权利要求中任一项所述的内燃发动机(1)，其特征在于，所述第三毂(7)布置在相对于垂直于假想线(12)地穿过所述第二毂(6)的中心的方向(11)成+60度到-60度的区域中，所述假想线(12)连接所述活塞杆(3)的所述头部(30)的所述第一毂(5)的中心和所述活塞杆(3)的所述足部(31)的所述第二毂(6)的中心。

7.根据权利要求6所述的内燃发动机(1)，其特征在于，所述第三毂(7)布置在相对于垂直于所述假想线(12)地穿过所述第二毂(6)的中心的方向(11)成+45度到-45度的区域中，所述假想线(12)连接所述活塞杆(3)的所述头部(30)的所述第一毂(5)的中心和所述活塞杆(3)的所述足部(31)的所述第二毂(6)的中心。

8.根据前述权利要求中任一项所述的内燃发动机(1)，其特征在于，所述活塞杆(3)的所述头部(30)包括可拆卸的区段(33)，以便能够将所述活塞杆(3)可拆卸地固定至所述曲轴(10)。

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